МНОГОФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электроснабжения электролизных, электротермических и других установок, потребляющих энергию на постоянном токе.

Известен многофазный диодный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, с регулированием выпрямленного напряжения путем изменения коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора [1]
Недостатком такого выпрямителя является дискретность и инерционность регулирования выходного напряжения. В результате не обеспечивается необходимый по технологии электрический режим в нагрузке (например, стабилизация выпрямленного тока или постоянство ампер-часов за определенный интервал времени и т.п.).

Известен многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, причем каждое вентильное плечо шестифазных выпрямительных мостов выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы (диоды соединены последовательно, параллельно или комбинированно, в частном случае диодная группа представляет собой один полупроводниковый прибор) и рабочей обмотки дросселя насыщения, уложенной на индивидуальный магнитопровод. На этот же магнитопровод уложены обмотки управления и смещения дросселя. Число дросселей насыщения равно числу вентильных плеч, т.е. в каждом преобразовательном блоке равно шести, а, например, в двенадцатифазном агрегате с четырьмя преобразовательными блоками равно двадцати четырем. Обмотки управления всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока. Аналогично обмотки смещения всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к другому источнику постоянного тока [2,3]
Такой многофазный выпрямительный агрегат, выбранный в качестве ближайшего аналога, путем изменения тока в обмотке управления (тока управления) обеспечивает сколь угодно плавное регулирование выпрямленного напряжения, что позволяет осуществлять любой необходимый по технологии электрический режим в нагрузке (в частности, стабилизацию выпрямленного тока, постоянство ампер-часов за цикл работы, любой другой программный ввод мощности в нагрузку).

Недостатком ближайшего аналога являются высокая установленная мощность дросселей насыщения из-за значительного расхода на их сердечники электротехнической стали. Действительно, включение дросселей насыщения в каждое вентильное плечо преобразовательных блоков, например, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требует двадцать четыре стальных сердечника. Соответственно велики потери электрической энергии в стали этих сердечников и габариты агрегата, усложнена конструкция преобразователя.

Изобретение решает задачу снижения установленной мощности дросселей насыщения, уменьшения потерь электрической энергии в них, а также уменьшения габаритов и упрощения конструкции выпрямительных агрегатов. Для этого в многофазном выпрямительном агрегате, состоящем из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных в одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, с вентильными плечами шестифазных выпрямительных мостов, выполненными в виде последовательно соединенных диодов группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на один общий магнитопровод, причем отношения чисел витков обмоток управления и обмоток смещения к числу витков каждой рабочей обмотки на каждом магнитопроводе уменьшено вдвое.

Предложенный многофазный выпрямительный агрегат удовлетворяет критерию изобретательский уровень, поскольку в нем дроссели насыщения включены по оригинальной схеме, позволяющей снизить установленную мощность дросселей, уменьшить потери электрической энергии в них, уменьшить габариты и упростить конструкцию преобразователя.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из возможных (а именно, двенадцатифазного) вариантов предложенного выпрямительного агрегата. Он содержит четыре преобразовательных блока. Каждый блок образован сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора 1, одной из четырех его вентильных обмоток 2, 3, 4 и 5 и одним из четырех шестифазных выпрямительных мостов 6, 7, 8 и 9. По отношению к нагрузке 10 выпрямительные мосты соединены параллельно (возможно последовательное и комбинированное соединение). Каждый мост содержит противофазные вентильные плечи 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. В каждый преобразовательный блок включено три дросселя насыщения, выполненных на трех магнитопроводах 17, 18 и 19, общих для вентильных плеч 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. На магнитопроводы дросселей насыщения уложены рабочие обмотки 20 и 23, 21 и 24, 22 и 25, включенные последовательно с вентильными плечами 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. Обмотки управления дросселей насыщения блоков 26, 27 и 28 соединены последовательно и подключены к источнику управления постоянного тока. Аналогично включены обмотки смещения дросселей насыщения 29, 30 и 31 и подключены к источнику смещения постоянного тока.

Работа многофазного выпрямительного агрегата осуществляется следующим образом. При подключении трансформатора 1 к питающей сети на его вентильных обмотках 2, 3, 4 и 5 образуется многофазная (в приведенном на рисунке преобразователе двенадцатифазная) система напряжений. Шестифазные выпрямительные мосты 6, 7 и 8, 9 включением каждого из вентильных плеч 11, 12, 13, 14, 15 и 16 в течение трети периода изменения напряжения питающей сети (не считая интервала коммутации вентилей) создают на нагрузке 10 выпрямленное напряжение. Величина этого напряжения зависит от исходного магнитного состояния магнитопроводов дросселей насыщения 17, 18 и 19, которое задается токами в обмотках смещения 29, 30, 31 и управления 26, 27 и 28. Точка, изображающая исходное магнитное состояние дросселей, находится на ненасыщенном участке кривой намагничивания их магнитопроводов. При периодических появлениях положительного напряжения на последовательно соединенных вентильных плечах и рабочих обмотках дросселей насыщения 11, 20; 12, 21; 13, 22; 14, 23; 15, 24 и 16, 25 соответствующее вентильное плечо открывается, а дроссель выводится из ненасыщенного состояния. Длительность процесса выведения определяет угол дроссельного управления, а следовательно, и величину выпрямленного напряжения на нагрузке 10. После проведения тока вентильным плечом последовательно соединенный дроссель заводится в ненасыщенное состояние, определяемое токами управления и смещения. Причем, поскольку на один магнитопровод дросселя уложено две рабочих обмотки, соединенных с противофазными вентильными плечами, то каждый из дросселей насыщения дважды за период напряжения питающей сети выводится из ненасыщенного состояния, т.е. дважды за период создает угол управления. Также дважды он заводится в ненасыщенное исходное состояние. Это состояние при перенесенных на общий магнитопровод каждого дросселя двух обмоток управления и двух обмоток смещения обеспечивается уменьшенным в два раза суммарным числом их витков. Изменением тока управления регулируется угол управления и сколь угодно плавно регулируется напряжение на нагрузке.

Технико-экономический эффект от применения предложенного выпрямительного агрегата связан с уменьшением установленной мощности дросселей насыщения, сокращением расхода электрической стали и потерь электрической энергии в магнитопроводах дросселей, а также в снижении габаритов и конструктивном упрощении агрегата.

Сущность изобретения: для снижения установленной мощности дросселей насыщения и потерь электрической энергии в них, а также для уменьшения габаритов и упрощения конструкции выпрямительных агрегатов рабочие обмотки, обмотки управления и смешения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на один магнитопровод. 1 ил.

Многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, причем каждое вентильное плечо шестифазных выпрямительных мостов выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, отличающийся тем, что рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на один общий магнитопровод.